采用紅外遙控技術(shù)進(jìn)行設定目標重量,以PIC16F877單片機為核心控制芯片,研制成功了六嘴回轉式電子秤水泥包 裝機的智能控制系統，實(shí)現了控制系統的髙精度測量和包裝，具有完善的控制功能和抗干擾能力。

1.引 言

電子秤包裝機控制器用于六嘴回轉式顆粒狀或粉 末狀的物料(如水泥、化肥、糧食等)定量包裝系統中， 自動(dòng)化程度、計量零度要求越來(lái)越髙，要求插袋、喂料、 壓袋、推包、破袋處理、設定目標重量等過(guò)程能夠實(shí)現 自動(dòng)控制。由于控制器安裝在生產(chǎn)現場(chǎng)的回轉部分的 六個(gè)下料嘴對應的6只電控箱中，控制器的安裝位置 比較高，目標重量設定采用控制器的按鍵設定極為不 方便，也不利于控制室控制，只能作為目標重量的輔助 設定方式?？紤]采用遙控設定或有線(xiàn)通信設定，若采 用有限通信方式設定，根據現場(chǎng)的包裝機設備中央控 制單元發(fā)送的設定信號要通過(guò)滑環(huán)傳送，并進(jìn)行串并 轉換為并行信號，完成與控制器的通信設定。由于回 轉部分的380 V動(dòng)力電源和220 V控制電源還有檢測 部分，都通過(guò)滑環(huán)與控制器相連，滑環(huán)之間的相互干擾 比較大，這樣會(huì )使得采用通信方式的設定不準確，造成 生產(chǎn)的不可靠。因此，本系統以PIC16F877單片機為 控制芯片設計實(shí)現了紅外遙控作為設定目標重量主要 方式的電子秤包裝機控制系統。做好軟件的處理，即 可完成方便靈活、可靠的、準確的實(shí)現生產(chǎn)的自動(dòng) 控制。

2.控制系統總述

電子秤是包裝機的一個(gè)獨立的控制部件，安裝在 包裝機電控箱內，從包裝箱觀(guān)察窗可以看到電子秤的 重量顯示和狀態(tài)LED指示。其控制器由單片機、檢測 電路、控制電路、人機接口電路和遙控設定電路等組 成，如圖1所示。

選用美國Microship公司的PIC16F877單片機為 控制系統的CPU，對各部電路進(jìn)行檢測和控制。經(jīng)過(guò) 調零調滿(mǎn)后，CPU發(fā)出插袋控制信號；當檢測到包準 備好信號時(shí)開(kāi)始喂料，控制粗細閥一起打開(kāi)，CPU將 荷重傳感器檢測的重量信號與目標重量的粗細流閾值 進(jìn)行比較，判斷是否關(guān)閉粗細閥，從而發(fā)出控制指令； 然后根據檢測的推包位置到和皮帶脈沖到信號，發(fā)出 推包控制信號。

3.提高重量測量精度的方法

用戶(hù)要求裝包重量精度比較高，即要求水泥重量 的測量具有很髙的精度，系統的多個(gè)環(huán)節都考慮髙精 度的要求而進(jìn)行設計。

3.1下料方式采用粗細配合方式

單片機控制各嘴電磁閥的開(kāi)關(guān)來(lái)控制物料下料， 控制電磁閥的開(kāi)度來(lái)控制下料的速度?？紤]到生產(chǎn)的 效率和物體的慣性，為了能夠精確地控制喂料的重量, 系統的設計采用粗細閥配合使用的下料控制。開(kāi)始下 料時(shí)，控制電磁閥開(kāi)度最大，即粗閥和細閥一起打開(kāi)， 快速下料;當接近目標重量(即達到粗流閾值)時(shí)，要控 制下料的速度控制將電子閥開(kāi)度關(guān)小些，即粗閥關(guān)閉， 下料速度減慢;進(jìn)一步接近目標重量（即達到細流閾 值)時(shí),完全關(guān)閉電磁閥，即細流閥關(guān)閉。通過(guò)多次的 實(shí)驗，獲得較為合適的粗流、細流閾值，提高了包中物 料喂料的精度。

3.2 CPU的選擇

為了提髙系統的重量測量精度要求，需要選擇高 精度的A/D轉換器;本系統選用的PIC16F877單片機 內含10位A/D轉換器，滿(mǎn)足系統的重量測量精度要 求;PIC16F877單片機具有256字節的EEPROM存儲 器,內置看門(mén)狗電路,對粗流細流閾值的設定值具有掉 電保護作用，而且價(jià)格便宜，外圍接口電路簡(jiǎn)單，轉換 精度高，看門(mén)狗可以對軟件運行出錯提供保護功能，不 僅增加了重量測量精度,還提髙了系統可靠性。

3.3重量檢測電路的設計

物料重量經(jīng)過(guò)荷重傳感器輸出相應的0?5 mV 電壓，再經(jīng)過(guò)重量檢測電路將其變化到0?5 V電壓，送至單片機的AD轉換輸人口 RA5，如圖2所示。 因為下料的過(guò)程是個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，為了保證測量的精 度，該電路做了相關(guān)的動(dòng)態(tài)校正電路。

當測量的物料重量穩定不變時(shí)，荷重傳感器收到 的力F即為物料的重力mg。由式(3)可知，由放大器 U3構成的放大電路為微分環(huán)節，則此環(huán)節不起作用, 即m<=0，根據式(1)?(3)、(5)得重量測量電路的輸入 輸出關(guān)系為比例放大的關(guān)系，如下所示：

根據u1和u6的關(guān)系設計需要的電路的參數，通 過(guò)調節RW2進(jìn)行重量滿(mǎn)刻度的校定。當包裝機工作 時(shí)，物料重量是在變化的,而且落人包中的物料是有速 度和加速度的、根據動(dòng)力學(xué)原理,荷重傳感器收到的力 為：F= ma+mg ,此時(shí)重量的測量如果只是單純地用 圖3中的組成比例放大電路，在測 量中會(huì )存在誤差，為了解決動(dòng)態(tài)測量中的測量誤差，加 人了放大器組成的微分環(huán)節。由式（3)和式（4)可 知，動(dòng)態(tài)測量時(shí)，由于的微分環(huán)節和叫的減法環(huán) 節，合理地調節,即a系數，在動(dòng)態(tài)測量中可以實(shí) 現對動(dòng)態(tài)測量誤差的補償，從而提高測量的精度。

3.4可靠穩定的電源

在進(jìn)行AD轉換時(shí),其數字量和模擬量的對應關(guān) 系為：

為了確保AD轉換的精度，需要穩定、可靠且精度 比較高的參考電源，為此參考電源的設計如圖3所示。 對常規的線(xiàn)性電源做了優(yōu)化，為了模擬地AGND基準 的準確、不偏移，在輸出士5 V之間利用兩個(gè)相等的電 阻風(fēng)、尺2進(jìn)行電壓取樣。當AGND有偏移時(shí)，通過(guò) Ue放大器，電容C8組成積分調節器對AGND的偏進(jìn) 行反饋調節，自動(dòng)實(shí)現AGND基準的準確。另外保證 電壓測量電路中各放大器±5 V電源的對稱(chēng)性，利于 測量精度的提高。

4.目標重量的紅外遙控設定

4.1紅外遙控設定原理

本系統采用控制器上的按鍵設定和紅外遙控無(wú)線(xiàn) 設定兩種方式進(jìn)行目標重量的設定。紅外遙控是目前使用最為廣泛的遙控手段，紅外通信采用的光波波長(cháng) 范圍為850?900 nm的紅外線(xiàn)。本系統的遙控器選 用PIC16C72單片機作為控制芯片，根據按鍵設定的信 息，將其進(jìn)行編碼和調制,經(jīng)過(guò)放大驅動(dòng)紅外線(xiàn)發(fā)射二 極管發(fā)射紅外信號。包裝機控制器的紅外接收裝置將 接收的紅外信號進(jìn)行解調和解碼，最終還原設定的信 息，實(shí)現遙控設定。其原理框圖如圖4所示。

由于采用單片機作為控制芯片，發(fā)射部分的編碼、 調制和接收端的解調、解碼均通過(guò)軟件實(shí)現，簡(jiǎn)化了硬 件電路，提高發(fā)射可靠性。

4.2紅外遙控設定倍號的編碼及數據傳輸協(xié)議

根據實(shí)際情況制定了紅外發(fā)送和接收的數據傳輸 協(xié)議，協(xié)議碼為32位二進(jìn)制數據，其中地址碼8位、標 志碼16位、校驗碼8位，各碼的規定如表1所示。數 據碼為設定重量的壓縮BCD碼;校驗碼采用的是和校 驗的方法，由協(xié)議碼的前3字節相加而得。然后采用 脈沖編碼的方式，將“1”定義為1T的高電平和1T的 低電平;“0”定義為1了的髙電平和3丁的低電平(T為 延時(shí)周期），數據碼就被編碼成脈沖序列。

4.3紅外遙控設定信號的調制

由于采用的是紅外光發(fā)射，考慮到接收端的接收 能力，需將脈沖串進(jìn)行調制，其編碼和調制的軟件設計 如圖5所示。調制的載波為38 kHz脈沖波。采用 ASK調制方式,將由單片機軟件方式實(shí)現的38 kHz 載波與編碼信號進(jìn)行調制，調制后的信號由紅外發(fā) 光管發(fā)射，與包裝機控制器端的接收電路以及相應的 解調和解碼軟件相配套就可實(shí)現遠距離的準確遙控。

5.結束語(yǔ)

采用紅外遙控設定包裝機的粗、細流閾值，操作靈活方便，與包裝機控制器相配合使整個(gè)包裝機控制系 統運行準確可靠，具有較強的抗干擾能力，控制精度 髙，50 kg的包裝，誤差小于0. 05 kg，精度可達0.1%; PIC16F877的資源豐富，為以后的技術(shù)改進(jìn)也留有一 定的資源，可繼承性強。該系統現已投入使用，取得了 良好的控制效果;成本低廉，經(jīng)用戶(hù)試用，反應良好。